De omzetting en het gebruik van zonne-energie voor de productie van chemische brandstoffen en milieusanering door middel van kunstmatige fotokatalyse is erkend als een ideale manier om de kritieke energie- en milieuproblemen aan te pakken. Het volledig benutten van zonnelicht is een grote uitdaging om voldoende efficiëntie te bereiken in praktische toepassingen, en het verkleinen van de bandgap van een fotokatalysator verzwakt de drijvende kracht voor redoxreacties, vooral wateroxidatie en degradatie van verontreinigende stoffen, omdat deze reacties een ingewikkeld multi-elektronproces met zich meebrengen. Daarom, de ontwikkeling van een breed spectrum, responsieve en zeer efficiënte fotokatalysatoren voor wateroxidatie en degradatie van verontreinigende stoffen is een kritieke kwestie die momenteel moet worden aangepakt.

Op bi-gebaseerde oxometallaatmaterialen, zoals BiVO ₄ ¬, Bi2WO ₆ , Bi ₂ Loeien ₆ , enzovoort., zijn op grote schaal bestudeerd als actieve fotokatalysatoren voor zichtbaar licht en vertonen uitstekende fotokatalytische prestaties bij wateroxidatie en degradatie van verontreinigende stoffen, die vooral profiteert van hun voldoende diepe valentiebandpositie. In dit werk, een breed-spectrum responsieve Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ nanorod fotokatalysator werd met succes gebouwd. Door de hybridisatie van Cr 3d met O 2p-orbitalen verschuift het geleidingsbandminimum naar beneden, Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ laat de absorptie toe tot het gehele zichtbare gebied (~ 678 nm) met een theoretische zonnespectrumefficiëntie van 42,0%. En de VB van 1,95 eV (vs. NHE pH=7) is positiever dan het oxidatiepotentieel van OH-/O ₂ , wat aangeeft dat de fotogegenereerde gaten van Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ nanorod-fotokatalysator bezit een extreem sterk oxidatievermogen.

Zoals weergegeven in figuur 1a, Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ vertoonde buitengewoon superieure fotokatalytische wateroxidatieprestaties, en de gemiddelde O2-ontwikkelingssnelheid bereikte 14,94 μmol h-1, ongeveer 11,5 en 4,0 keer hoger dan die van Bi2WO6 nanosheets en commerciële WO ₃ nanodeeltjes. Daarnaast, het bereikte bijgevolg een aanzienlijke schijnbare kwantumefficiëntie (AQE) 2,87% bij 420 nm, zelfs 0,65% bij 650 nm (Figuur 1b), hoger dan veel gerapporteerde breedspectrumgestuurde fotokatalysatoren. Het meest opvallend, zijn uitstekende activiteit komt ook tot uiting in fotokatalytische afbraak van fenol. Zijn degradatiereactieconstante kon 0.119 min-1 bereiken, ongeveer 22,5 en 8,8 keer hoger dan CdS-nanodraden en PDI supramoleculaire fotokatalysatoren, respectievelijk (Figuur 1c). Zelfs zijn afbraakactiviteit is niet onderdoen voor P25 TiO2 onder gesimuleerd zonlicht, ongeveer 2,9 keer hoger dan de laatste.

Opmerkelijk, Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ presenteerde ook een extreem sterk mineralisatievermogen, wat bijna gelijktijdige afbraak en volledige mineralisatie voor fenol mogelijk maakt. De totale verwijderingssnelheden van organische koolstof van fenol ten opzichte van Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ onder zichtbaar licht en gesimuleerd zonlicht is 94,8% (degradatiesnelheid:95,5%) en 97,3% (degradatiesnelheid:98,1%) in 0,5 uur, respectievelijk, terwijl die van CdS, PDI en P25 zijn aanzienlijk lager dan hun overeenkomstige afbraaksnelheden. Zelfs onder 650 nm roodlichtbestraling, Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ is nog steeds in staat om fenol tegelijkertijd af te breken en volledig te mineraliseren (Figuur 1d), en weinig breedspectrumgestuurde fotokatalysatoren kunnen dat bereiken.

Daarnaast, de dipoolmomenten van Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ werd berekend op 22,32 Debye (D), wat resulteert in een gigantisch intern elektrisch veld (IEF). Zoals weergegeven in figuur 1e, vergeleken met Bi ₁₄ CrO ₂₄ , Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ met een grotere dipool vertoonden een significant hogere IEF, efficiëntie van de ladingsscheiding en fotokatalytische prestaties. Daarom, zoals geïllustreerd in Schema 1, de grote kristallen dipool van Bi ₈ (CrO ₄ )O ₁₁ induceert een gigantische IEF, die de snelle scheiding van fotogegenereerde elektron-gatparen versnelt en de fotokatalytische prestaties exponentieel verbetert. Het belangrijkste is, gebaseerd op het bovenstaande mechanisme, veel efficiëntere fotokatalysatoren kunnen met succes worden ontworpen door de kristaldipool te reguleren.